望著夏夜天空中繁星燦爛的銀河,很容易讓人覺得宇宙間物質的分佈是不均勻的。然而根據大爆炸理論,在大尺度上宇宙應當是均勻的,微波背景輻射就是一個很好的例證。英國科學家的一項最新研究成果進一步證實了上述説法的正確性。
科學界普遍認為,我們的宇宙産生於大約150億年前的一次大爆炸,在那之後,宇宙就不斷地膨脹至今。大爆炸之初,宇宙的溫度高得驚人。隨著膨脹的進行,宇宙的溫度不斷降低,到現在平均只有絕對溫度2.7度(相當於零下270.46攝氏度)左右。20世紀60年人們就觀測到了所謂的“微波背景輻射”——宇宙間到處充滿了這種相當於2.7度黑体發出的微波,這是大爆炸的證據之一。
更進一步,人們還發現了在全天範圍內宇宙的溫度驚人的一致。大爆炸理論認為,這表明瞭大爆炸之初的高速膨脹就像吹氣球一樣“抹平”了宇宙間物質分佈的不均勻性。儘管我們用肉眼看到的天體並非均勻分佈在整個天空,但是在宇宙學的尺度上,物質確實是均勻分佈的。無論在哪個方向上測量微波背景輻射,人們都能大致得到絕對溫標2.7度這個數字。
這種各向同性的微波背景輻射還是有微小的差異。在地球運動的前後方向上大約有千分之一的不均勻。科學家把這種現象歸結于波的多普勒效應——如果迎著波傳播的方向運動,觀測者會發現波的頻率升高,反之就會降低。這是一種觀測效應,科學家認為這並不是真實的差異。如果去掉地球運動産生的多普勒效應,微波背景輻射的各向異性只有十萬分之一,最終的這種微小差異造成了小範圍內物質的聚集,星系因此而形成。
然而也有理論認為,在地球運動方向上微波背景輻射的不均勻並非是地球運動帶來的結果,宇宙可能真的不像人們想像得那麼均勻,所謂的“各向同性”可能只不過是我們太陽系的觀測結果。如果這種解釋是正確的,那麼大爆炸理論就要作重大的修正,因為當前的標準模型無法解釋這種不均勻。
在14日出版的英國《自然》雜誌上,英國牛津大學的兩位科學家報告了他們對於微波背景輻射各向異性的研究成果。他們使用了美國國家天文臺位於新墨西哥州的甚大陣列射電望遠鏡(VLA)觀測了發出強大射電波的遙遠星系。
他們的觀測表明,當剔除掉附近星系的干擾之後,射電星系發出的射電波在地球運動的那個方向上確實表現出來了各向異性,這種各向異性與人們觀測到的整個宇宙的在地球運動方向上的微波背景輻射各向異性相同。鋻於射電星系非常遙遠,這表明,人們在地球運動方向上觀測到的宇宙微波背景輻射的差異應當是由地球運動的多普勒效應帶來的,宇宙在大尺度上的確是均勻的。
專家認為,儘管這一發現並不讓人意外,但是它令大爆炸的標準模型更令人信服。(王艷紅)
新華社 2002年3月18日